第十章基因组讲义和染色体
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细菌学：第十章 细菌基因组学课件
意外的发现
• 另外，此前科学界一致认为鸡没有嗅觉 ，但是分析结果表明鸡具有大量的嗅觉 基因，味觉基因却很缺乏。
• 分析还发现，鸡缺乏人类所具有的产生 乳汁、唾液和牙齿的基因。
鸡基因组研究的意义
• 鸡是研究低等脊椎动物和人类等哺乳动物 的一种比较理想的中介。
• 将人类基因组与鸡等其他生物的基因组进 行比较，有助于更深入理解人类基因的结 构和功能，进而开发治疗疾病的新手段， 对于培育优质鸡种、改善食品安全、控制 禽流感病毒的蔓延也有重要意义。
1. 原核生物基因组的大小--基因组较大的原
• 1997 年9 月,大肠杆菌的完整基因图谱已绘制成 功, 基因组全序列完成, 全长为5Mb ,共有4 288 个基因,同时也搞清了所有基因产物的氨基酸序 列.
• 人们常说，每个分子生物学家都对两种生物感 兴趣，一种是所研究的物种，另一种就是E. coli。研究人员可以利用实验室中的E. coli菌株 克隆DNA、表达蛋白质、分离目的基因等，如 果没有E. coli，实验室将无法工作。
测序微生物的类别
• 几乎所有类别的病毒 • 模式微生物 • 极端环境微生物 • 病原原核生物 • 环境降解微生物 • 其他
Viruses
微生物基因组的特点
类别
特征
染色体结构 基因组大小 编码序列
多为一条环状闭合双链DNA 从0.16-13Mb 占基因组总长度的90%，平均为1Kb左 右
GC含量
鸡的进化研究
• 鸡是种常见的家禽，长期受到进化生物学家的 青睐。它的基因序列也有助于科学家了解农业 和进化学上重要特性的遗传学基础。
转基因小鸡
• 对鸡和人类的基因组进行比较后发现约 七千万个碱基对是共有的。
• 这暗示着在大约三亿一千万年前二个物 种从共同祖先分化出来的时候，遗传物 质具有守恒性。
染色体和基因PPT幻灯片
➢ 一个染色体（单体）只含有一个DNA分 子。
➢ 人类染色体平均有1.27 ×108碱基对,每个 体细胞的细胞核内含有DNA 6.4 pg。
•47
真核生物染色体的一般形态特征
1 主缢痕（primary constriction）和着丝粒 （ centromere ）
细胞分裂中期的染色体上有一个相对不着色
➢ λ噬菌体的双链DNA有两种形式，一种是 带有切刻的环状分子，切刻部分通过粘 性末端的互补碱基之间的氢键而连接。 另一种形式是两个粘性末端相互分离， 形成线性分子。
➢ λ噬菌体共有48,502碱基对，包装在由蛋 白质组成的头部外壳之中。
•39
➢ λ噬菌体在大肠杆菌体内可以呈环形分 子游离存在于细胞质中，也可以通过整 合酶的作用而整合到寄主染色体上成为 原噬菌体状态，并与寄主染色体一起复 制。这种现象成为溶原化。
•23
•24
•25
➢ 大肠杆菌染色体是由4.2106碱基对组成的 双链环状DNA分子，在DNA结合蛋白质的 作用下压缩成一个手脚架形（scaffold）结 构。
➢ 大肠杆菌染色体形成100个左右的小区 （domain），小区内都是负超螺旋。用微 量的DNAaseⅠ处理时，只能使一小部分 的DNA由超螺旋状态变成松弛状态。
•18
•19
•20
2 原核生物的染色体及其基因
➢ 原核生物的遗传物质以裸露的核酸分子存 在，虽与少量蛋白质结合，但不形成染色 体结构。
➢ 原核生物一般只有一个染色体，即一个核 酸分子（DNA或RNA）。大多数为双螺旋 结构，少数以单链形式存在。这些核酸分 子大多数为闭合环状，少数为线状。
•21
•6
➢ 19世纪60年代，奥地利植物学家格里 戈尔·孟德尔已经通过植物杂交实验提 出了“遗传因子”的概念，并发现了 生物遗传的分离定律和自由组合定律。 然而遗憾的是，这一划时代的发现， 当时并没有引起人们的重视。
➢ 人类染色体平均有1.27 ×108碱基对,每个 体细胞的细胞核内含有DNA 6.4 pg。
•47
真核生物染色体的一般形态特征
1 主缢痕（primary constriction）和着丝粒 （ centromere ）
细胞分裂中期的染色体上有一个相对不着色
➢ λ噬菌体的双链DNA有两种形式，一种是 带有切刻的环状分子，切刻部分通过粘 性末端的互补碱基之间的氢键而连接。 另一种形式是两个粘性末端相互分离， 形成线性分子。
➢ λ噬菌体共有48,502碱基对，包装在由蛋 白质组成的头部外壳之中。
•39
➢ λ噬菌体在大肠杆菌体内可以呈环形分 子游离存在于细胞质中，也可以通过整 合酶的作用而整合到寄主染色体上成为 原噬菌体状态，并与寄主染色体一起复 制。这种现象成为溶原化。
•23
•24
•25
➢ 大肠杆菌染色体是由4.2106碱基对组成的 双链环状DNA分子，在DNA结合蛋白质的 作用下压缩成一个手脚架形（scaffold）结 构。
➢ 大肠杆菌染色体形成100个左右的小区 （domain），小区内都是负超螺旋。用微 量的DNAaseⅠ处理时，只能使一小部分 的DNA由超螺旋状态变成松弛状态。
•18
•19
•20
2 原核生物的染色体及其基因
➢ 原核生物的遗传物质以裸露的核酸分子存 在，虽与少量蛋白质结合，但不形成染色 体结构。
➢ 原核生物一般只有一个染色体，即一个核 酸分子（DNA或RNA）。大多数为双螺旋 结构，少数以单链形式存在。这些核酸分 子大多数为闭合环状，少数为线状。
•21
•6
➢ 19世纪60年代，奥地利植物学家格里 戈尔·孟德尔已经通过植物杂交实验提 出了“遗传因子”的概念，并发现了 生物遗传的分离定律和自由组合定律。 然而遗憾的是，这一划时代的发现， 当时并没有引起人们的重视。
染色体与DNA课件
DNA+组蛋白
146bp, 八聚体圈, 缩短7倍
核小体
螺旋化,缩短6倍
螺旋体（30nm fiber)
进一步螺旋化,缩短40倍
超螺旋体(300nm loop)
盘绕.缩短4倍
染色体 (人类总DNA长度=180cm)
•染色体与DNA课件
•染色体与DNA课件
2.13 病毒基因组
病毒基因基因组很小， 但是不同的病毒之间相差亦甚大。
C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。 高等生物一般C 值高于低等生物，但有例外。即C值反常现象。两栖
类比哺乳类高。(真核生物含有大量的重复DNA是原因)
•染色体与DNA课件
(4)形成核小体染色体( 染色质)
* DNA 1
* 蛋白质
组蛋白 1 (H1 H2A H2B H3 H4)
非组蛋白 0.6
•染色体与DNA课件
大肠杆菌DNA聚合酶
聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ
酶活性
5′→3′聚合作用
+
+
3′→5′外切酶活性 +
+
5′→3′外切酶活性 +
-
构成(亚基数)
单体
单体
生物学活性
1
0.05
功能
校对
去除引物、填补空隙 修复
聚合酶Ⅲ
+ + 多亚基
15 复制 校对
•染色体与DNA课件
真核生物的DNA复制 1.细胞周期的S期; 2.多个复制起点(ARS); 3.复制周期中, 只完成一次复制; 4. 不同的复制子按一定的时序启动 5. 端粒的复制
切除.
•染色体与DNA课件
•染色体与DNA课件
四. DNA的转座
146bp, 八聚体圈, 缩短7倍
核小体
螺旋化,缩短6倍
螺旋体（30nm fiber)
进一步螺旋化,缩短40倍
超螺旋体(300nm loop)
盘绕.缩短4倍
染色体 (人类总DNA长度=180cm)
•染色体与DNA课件
•染色体与DNA课件
2.13 病毒基因组
病毒基因基因组很小， 但是不同的病毒之间相差亦甚大。
C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。 高等生物一般C 值高于低等生物，但有例外。即C值反常现象。两栖
类比哺乳类高。(真核生物含有大量的重复DNA是原因)
•染色体与DNA课件
(4)形成核小体染色体( 染色质)
* DNA 1
* 蛋白质
组蛋白 1 (H1 H2A H2B H3 H4)
非组蛋白 0.6
•染色体与DNA课件
大肠杆菌DNA聚合酶
聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ
酶活性
5′→3′聚合作用
+
+
3′→5′外切酶活性 +
+
5′→3′外切酶活性 +
-
构成(亚基数)
单体
单体
生物学活性
1
0.05
功能
校对
去除引物、填补空隙 修复
聚合酶Ⅲ
+ + 多亚基
15 复制 校对
•染色体与DNA课件
真核生物的DNA复制 1.细胞周期的S期; 2.多个复制起点(ARS); 3.复制周期中, 只完成一次复制; 4. 不同的复制子按一定的时序启动 5. 端粒的复制
切除.
•染色体与DNA课件
•染色体与DNA课件
四. DNA的转座
第十章基因组和染色体
每个9KD
凝聚，刺激复制， 体
A.B
和1HF有关
H
两 个 相 同 促使双链的互补、 3万个二聚 H2A
？
亚 基 ， 各 复性
体
28KD
IHF α：10.5KD； 有助于att位点配对 ？
？
him
β：9.5KD 重组
A.D.
H1(H 15KD亚基 和 DNA 结 合 ， 与 1万
？
osZ
-NS)
DNA拓扑结构有关
一． 组蛋白
表12－2 小牛胸腺DNA的组蛋白的特点
组蛋白 类型
碱性氨基酸
Lys
Arg
氨基酸 分子量
数
（Da）
H1
29%
1%
215
23,000
H2A
11%
9%
129
13,960
H2B
16%
6%
125
13,775
H3
10%
13%
13%
102
11,280
二． 核小体（nucliesome）
1984年Klug和Butler进行了修正核小体模型。
核小体的 梯度离心 和电泳
1956年Wilkins和Vittorio Luzzati对染色质进行了X 衍射研究，发现染色质具有间隔为100埃的重复性 结构。这意味着甚麽？
Clark和Felsenfeld于1971年首先用葡萄球菌核酸酶 (Staphylococcal nuclease)来作用染色质，不敏感的 区域比较均一。这暗示甚麽？
Olins夫妇（1974）和Pierre Chambon等（1975） 在电镜下观察到染色质的“绳珠”状结构，小球 的直径为100埃,Olins并把这种小球称为小体。
第十章间期细胞核和染色体
B：H1组蛋白的作用：保持染色质的结构，保 护 核 心上 的 1 6 6bpDNA 不被 核 酸酶 消 化 ， 在 10nm染色质丝进一步盘绕时起重要作用。
C：组蛋白疏水区向着核心内部，带正电荷区 分布在颗粒表面，可以与DNA紧密结合。
（3）染色质中的酶敏感区：微球菌核酸酶；DNA 酶Ⅰ（超敏感位点）。
名词：
染色体组(chromosome complement)：指一个配子 或合子核，或体细胞所携带的全部染色体，故可指 单倍体，也可指二倍体或多倍体和所含的全部染色 体。
染色体套(chromosome set):在真核生物中由物种 的必需染色体各1条所组成的有活力的最小染色体 组。在基本染色体套中的染色体数称为基数，一般 染色体套代表1n染色体，即单倍体细胞。
用非特异性核酸酶（如微球菌核酸酶）处理 染色质，大多数情况下可得到大约200bp的片 段，但处理裸露的DNA分子会得到随机降解的 片段。以这个实验为基础，R.Kornberg 1974 年提出了核小体模型（念珠模型）。
念珠模型的主要内容： 染色质基本结构：DNA+蛋白质 重复亚单位 1个亚单位=200bp的DNA链+9个组蛋白 核小体
核孔结构模型 之核蓝模型
核孔复合体(nuclear pore complex，NPC):
核被膜上内外核膜融合处形成的复杂的通道结 构，由胞质环、核质环、中央运输体、辐和核 篮组成。对进出细胞核的大分子物质有限制和 运输作用。
2. 核孔复合体的组成： 50-100多种蛋白质；
核孔蛋白的通性：含有以二肽（ FG 苯丙+甘) 结尾的重复区段-FG核孔蛋白
2、常染色质和异染色质：
间期核中染色质可分为：
常染色质——是进行活跃转录的部位，呈疏松的环状， 电镜下表现为浅染，易被核酸酶在一些敏感的位点降 解。（伸展开的染色质）
C：组蛋白疏水区向着核心内部，带正电荷区 分布在颗粒表面，可以与DNA紧密结合。
（3）染色质中的酶敏感区：微球菌核酸酶；DNA 酶Ⅰ（超敏感位点）。
名词：
染色体组(chromosome complement)：指一个配子 或合子核，或体细胞所携带的全部染色体，故可指 单倍体，也可指二倍体或多倍体和所含的全部染色 体。
染色体套(chromosome set):在真核生物中由物种 的必需染色体各1条所组成的有活力的最小染色体 组。在基本染色体套中的染色体数称为基数，一般 染色体套代表1n染色体，即单倍体细胞。
用非特异性核酸酶（如微球菌核酸酶）处理 染色质，大多数情况下可得到大约200bp的片 段，但处理裸露的DNA分子会得到随机降解的 片段。以这个实验为基础，R.Kornberg 1974 年提出了核小体模型（念珠模型）。
念珠模型的主要内容： 染色质基本结构：DNA+蛋白质 重复亚单位 1个亚单位=200bp的DNA链+9个组蛋白 核小体
核孔结构模型 之核蓝模型
核孔复合体(nuclear pore complex，NPC):
核被膜上内外核膜融合处形成的复杂的通道结 构，由胞质环、核质环、中央运输体、辐和核 篮组成。对进出细胞核的大分子物质有限制和 运输作用。
2. 核孔复合体的组成： 50-100多种蛋白质；
核孔蛋白的通性：含有以二肽（ FG 苯丙+甘) 结尾的重复区段-FG核孔蛋白
2、常染色质和异染色质：
间期核中染色质可分为：
常染色质——是进行活跃转录的部位，呈疏松的环状， 电镜下表现为浅染，易被核酸酶在一些敏感的位点降 解。（伸展开的染色质）
第10章：细胞质遗传(核外遗传)
第二节 细胞器基因组与核基线粒体DNA 的电镜 照片( 照片( 转引自 Russell,1992)
1)、大小变化较大： 1)、大小变化较大： 从哺乳动物的约16 从哺乳动物的约16 kb 到高等植物的数十万bp 到高等植物的数十万bp 如玉米的为570kb) (如玉米的为570kb) 2)、DNA分子形态 分子形态： 2)、DNA分子形态： 裸露的闭合环 状双链结构, 状双链结构,但也 有线性的。 有线性的。 4)、组成成分： 4)、组成成分： G、C的含量比 如酵母,G ,G、 A、T少,如酵母,G、 含量仅为21%; C含量仅为21%; 5)、浮力密度： 5)、浮力密度： 浮力密度较低， 浮力密度较低， 两条单链密度不同， 两条单链密度不同， 一条为重链(H ),另 (H链 一条为重链(H链),另 一条为轻链(L (L链 一条为轻链(L链)； 6)、 个复制起点， 6)、有2个复制起点，分 别复制H 别复制H和L链。D环复制。 7)、细胞内有多个mt,每个mt mt,每个mt有 几个DNA DNA。 7)、细胞内有多个mt,每个mt有1～几个DNA。
dd →向左
受精卵 纺锤体 向中线 的左侧 分裂时 为左旋
四、持续饰变（附带介绍） 持续饰变（附带介绍）
环境引起的表型改变通过雌配子传递给子代， 环境引起的表型改变通过雌配子传递给子代，连续 传递但不能隔代遗传，而且随着繁殖代数的增加， 传递但不能隔代遗传，而且随着繁殖代数的增加，性状 逐渐恢复原状，这种遗传现象叫持续饰变。 逐渐恢复原状，这种遗传现象叫持续饰变。
这又是 一因多效 面粉蛾(欧洲麦蛾)有一色素物质由A 控制： 面粉蛾(欧洲麦蛾)有一色素物质由A和a控制： 的表现
二、短暂的母性影响举例
野生型(A):幼虫皮肤灰色,成虫眼睛深褐色; 野生型(A):幼虫皮肤灰色,成虫眼睛深褐色; (A):幼虫皮肤灰色 突变型(a):幼虫皮肤白色,成虫眼睛红色。 (a):幼虫皮肤白色 突变型(a):幼虫皮肤白色,成虫眼睛红色。 反交 正交
《基因和染色体》PPT课件
– 外显子（exon,E):属编码顺序，编码Pr – 内含子（intron,I）非编码顺序，不编码Pr，
将外显子隔开。 – 内含子和外显子的关系不是固定不变的。 – GT-AG序列
编辑ppt
16
编辑ppt
17
• （二）结构基因的侧翼顺序--调控顺序： 在第一个和最后一个外显子的外侧都有 一段不编码的序列，对基因的转录起调 控作用。
编辑ppt
31
微小RNA（miRNA）
• 普遍存在于细胞中的长度约为２２个 核苷酸的非编码小分子ＲＮＡ，是内 源的,单链的,主要参与转录后水平的调 控．
编辑ppt
32
siRNA 和miRNA的比较
• 相同点：
A.二者的长度都约在22bp左右。
B.二者都依赖Dicer酶的加工，是Dicer的产物， 所以具有Dicer产物的特点。
转换transition-嘌呤和嘌 呤嘧啶和嘧啶之间发生的
替换.是最常见的.
颠换tiansversion-嘌呤和
嘧啶之间的替换.
编辑ppt
42
• 点突变的效应
–同 义 突 变 synonymous mutation: 突变并未引起编码氨基酸的改变。
–错义突变missense mutation:突变 后引起了编码的氨基酸的改变。
第二章 基因
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1
• 基因（gene):DNA分子上的具有 特定功能的核苷酸序列。
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2
• DNA的 结构特点、存在的类型 • 基因的结构 • 基因复制与表达 • RNA编辑 • 基因突变 • DNA损伤的修复
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3
第一节 基因的结构与功能
一、DNA的分子结构
– 主链 – 碱基对 – 螺距 – 深沟与浅沟
将外显子隔开。 – 内含子和外显子的关系不是固定不变的。 – GT-AG序列
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16
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17
• （二）结构基因的侧翼顺序--调控顺序： 在第一个和最后一个外显子的外侧都有 一段不编码的序列，对基因的转录起调 控作用。
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31
微小RNA（miRNA）
• 普遍存在于细胞中的长度约为２２个 核苷酸的非编码小分子ＲＮＡ，是内 源的,单链的,主要参与转录后水平的调 控．
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32
siRNA 和miRNA的比较
• 相同点：
A.二者的长度都约在22bp左右。
B.二者都依赖Dicer酶的加工，是Dicer的产物， 所以具有Dicer产物的特点。
转换transition-嘌呤和嘌 呤嘧啶和嘧啶之间发生的
替换.是最常见的.
颠换tiansversion-嘌呤和
嘧啶之间的替换.
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42
• 点突变的效应
–同 义 突 变 synonymous mutation: 突变并未引起编码氨基酸的改变。
–错义突变missense mutation:突变 后引起了编码的氨基酸的改变。
第二章 基因
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1
• 基因（gene):DNA分子上的具有 特定功能的核苷酸序列。
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2
• DNA的 结构特点、存在的类型 • 基因的结构 • 基因复制与表达 • RNA编辑 • 基因突变 • DNA损伤的修复
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3
第一节 基因的结构与功能
一、DNA的分子结构
– 主链 – 碱基对 – 螺距 – 深沟与浅沟
《基因组学》PPT课件
第十章 基因组学 (Genomics)
ppt课件
1
Structural Genomics 结构基因组学 Functional Genomics 功能基因组学
Transcriptomics 转录物组学 Proteomics 蛋白质组学
ppt课件
2
第一节 真核生物基因组组成
Organization of Eukaryotic Genome
ppt课件
16
1. Genetic map 遗传图
The map in which mutant alleles or DNA markers are assigned relative positions along a chromosome on the basis of the recombination frequencies between them
Tetrahymena, GGGGTT Human, GGGATT Telomere-associated sequences: is repetitive and is found both adjacent to and within the telomere. The sequences vary among organisms.
ppt课件
5
Highly repetitive sequences 高度重复序列 5~300bp , 105 copies
Middle-repetitive sequences 中度重复序列 10~1000 copies
Unique sequences 单拷贝序列
ppt课件
6
▪ Gene family（基因家族）: a set of genes in one genome all descended from the same ancestral gene.
ppt课件
1
Structural Genomics 结构基因组学 Functional Genomics 功能基因组学
Transcriptomics 转录物组学 Proteomics 蛋白质组学
ppt课件
2
第一节 真核生物基因组组成
Organization of Eukaryotic Genome
ppt课件
16
1. Genetic map 遗传图
The map in which mutant alleles or DNA markers are assigned relative positions along a chromosome on the basis of the recombination frequencies between them
Tetrahymena, GGGGTT Human, GGGATT Telomere-associated sequences: is repetitive and is found both adjacent to and within the telomere. The sequences vary among organisms.
ppt课件
5
Highly repetitive sequences 高度重复序列 5~300bp , 105 copies
Middle-repetitive sequences 中度重复序列 10~1000 copies
Unique sequences 单拷贝序列
ppt课件
6
▪ Gene family（基因家族）: a set of genes in one genome all descended from the same ancestral gene.
第十章 细胞核(nucleus)与染色体
mRNA的出核转运过程是有极性的，其5 ′端 在前，3′端在后。
核输出信号 (Nuclear Export Signal，NES)：
RNA分子的出核转运需要蛋白分子的帮助， 这些蛋白因子本身含有出核信号。 入核转运与出核转运之间有某种联系，它们 可能需要某些共同的因子。
第二节 染 色 质
●染色质是生命活动的基础 ●染色质DNA 染色质蛋白 ●染色质的基本结构单位—核小体(nucleosome)
核孔复合体成份的研究
核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相对分子 质量约为125×106，推测可能含有100余种不同的多 肽，共1 000多个蛋白质分子。
gp210：结构性跨膜蛋白 p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域
已知的脊椎动物核孔复合体的蛋白成份简表 蛋白名称 gp210 Pom121 Nup153 Nup180 Nup155 P62 P58 P54 P45
●染色质包装的结构模型
●常染色质和异染色质
染色质概念
◆染色质（chromatin）: 指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量 RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在 的形式。 ◆染色体(chromosome): 指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩 而成的棒状结构。 染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可 以相互转变的的形态结构 染色质与染色体具有基本相同的化学组成，但包 装程度不同,构象不同。
Nup84（大鼠） 或 Nup88（人） Nup214/CAN
对应的NPC结构
孔膜区，跨膜蛋白 孔膜区，跨膜蛋白 “fish-trap” 胞质环及其纤维 核质面与胞质面 中央颗粒
功能与特性
能与ConA结合；N端位于膜间腔，C端将NPC锚定 在核膜上。 能与WGA结合；C端有FXFG重复序列。 能与WGA结合；N端有FXFG重复序列；具有锌指 结构，能够结合DNA（in vitro）。 不能与WGA结合； 能与 WGA 结合；具有 FXFG 重复序列；其抗体对 核质交换有抑制作用；能与 p58 ， p54 ， p45 形成 p62复合体；与酵母的Nsp1p 同源。 具有FG重复序列；与酵母的Nup49p同源。 具有FG重复序列；与酵母的Nup57p同源。 具有FG重复序列。
23-第10章 基因组表观遗传-表观遗传现象
第10章 基因组表观遗传
1) 什么是表观遗传 2) 表观遗传现象
环境决定基因的表达模式
鳄鱼性别由孵化温度决定
扬子鳄卵在孵化温度为 28.5 摄氏度时，孵出的 全部为雌鳄；当气温在 33.5 摄氏度到35摄氏度 时，孵出的全为雄鳄； 气温在30摄氏度时，雌 雄比例相等。温度越高， 孵化出的雄性幼鳄越多。 基因型不变，但表型依 环境变化发生改变，这 是典型的表观遗传现象。
系失活的染色体相同，。
胎盘哺乳动物X染色体失活模式
胎盘哺乳动物有两种X染色体失活（XCI）模式： 1) 在受精的胚和胚外组织（胎盘）细胞总是父源X
染色体失活（如袋鼠）； Takagiand Sasaki 1975; Okamoto et al. 2004 2) 在胚胎发育囊胚期，胚胎植入子宫时内细胞团 （将发育成三胚层的细胞）的X染色体随机失活。 Monk and Harper1979; Mak et al. 2004
玉米中发现。
在杂合子中同
一座位上的一
个等位基因影
响另一个同源
等位基因的表
型, 颜色变浅。
副突变在转基
因表现型中也
已发现, 称为
同源抑制。副
突变可以遗传
给子代。
深紫色等位基因B-I的表达状态转变为淡紫色B’.
基因组印记
genomic imprinting
1) 老鼠类胰岛素生长因子Igf2的基因突变纯合子表现为
3) 位置效应实际上反映了基因组不同区域特定 染色质结构对基因施加的影响。
花斑型
从原来的常染
色质区移到异
染色质区附近,
因异染色质的
扩散效应, 造
成基因表达的
改变。 这种抑
杂斑位置效应（position effect variegation， 制效应的差别 PEV）是一种遗传突变，源于果蝇染色体 使基因表达受
1) 什么是表观遗传 2) 表观遗传现象
环境决定基因的表达模式
鳄鱼性别由孵化温度决定
扬子鳄卵在孵化温度为 28.5 摄氏度时，孵出的 全部为雌鳄；当气温在 33.5 摄氏度到35摄氏度 时，孵出的全为雄鳄； 气温在30摄氏度时，雌 雄比例相等。温度越高， 孵化出的雄性幼鳄越多。 基因型不变，但表型依 环境变化发生改变，这 是典型的表观遗传现象。
系失活的染色体相同，。
胎盘哺乳动物X染色体失活模式
胎盘哺乳动物有两种X染色体失活（XCI）模式： 1) 在受精的胚和胚外组织（胎盘）细胞总是父源X
染色体失活（如袋鼠）； Takagiand Sasaki 1975; Okamoto et al. 2004 2) 在胚胎发育囊胚期，胚胎植入子宫时内细胞团 （将发育成三胚层的细胞）的X染色体随机失活。 Monk and Harper1979; Mak et al. 2004
玉米中发现。
在杂合子中同
一座位上的一
个等位基因影
响另一个同源
等位基因的表
型, 颜色变浅。
副突变在转基
因表现型中也
已发现, 称为
同源抑制。副
突变可以遗传
给子代。
深紫色等位基因B-I的表达状态转变为淡紫色B’.
基因组印记
genomic imprinting
1) 老鼠类胰岛素生长因子Igf2的基因突变纯合子表现为
3) 位置效应实际上反映了基因组不同区域特定 染色质结构对基因施加的影响。
花斑型
从原来的常染
色质区移到异
染色质区附近,
因异染色质的
扩散效应, 造
成基因表达的
改变。 这种抑
杂斑位置效应（position effect variegation， 制效应的差别 PEV）是一种遗传突变，源于果蝇染色体 使基因表达受
10第十章-细胞核与染色体
即核蓝（nuclear basket）。 • 辐（spoke）
– 柱状亚单位（column subunit） – 腔内亚单位(luminal subunit) – 环带亚单位（annular subunit） • 中央栓（central plug）：transporter
The Nuclear Pore
核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建
• 新核膜来自旧核膜。 • 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异
性（domain-specific）。 • 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配
体系提供了实验模型。 • 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期
调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋 白、核孔复合体蛋白的 磷酸化与去磷酸化修 饰有关。
三、染色质蛋白
负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读。 1. 组蛋白(histone)： 2. 非组蛋白(nonhistone)： 3. 非组蛋白的不同结构模式
组蛋白
• 带正电荷，含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为： – 核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4； 帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构 – 连接组蛋白（linker histone）：H1。在构成核小体时 H1起连接作用,
细胞核的结构组成
（1）核膜 （2）染色质 （3）核仁 （4）核骨架
核骨架：在细胞核内，
除了核被膜、核纤层、 染色质与核仁以外的网 架结构体系。
第一节 核被膜与核孔复合体
1、核被膜 Nuclear envelope 2、核孔复合体 nuclear pore complex,NPC
一、核被膜是双层膜结构
电镜下，核被膜由内外两层平行但不连续的单位膜构成
– 柱状亚单位（column subunit） – 腔内亚单位(luminal subunit) – 环带亚单位（annular subunit） • 中央栓（central plug）：transporter
The Nuclear Pore
核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建
• 新核膜来自旧核膜。 • 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异
性（domain-specific）。 • 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配
体系提供了实验模型。 • 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期
调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋 白、核孔复合体蛋白的 磷酸化与去磷酸化修 饰有关。
三、染色质蛋白
负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读。 1. 组蛋白(histone)： 2. 非组蛋白(nonhistone)： 3. 非组蛋白的不同结构模式
组蛋白
• 带正电荷，含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为： – 核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4； 帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构 – 连接组蛋白（linker histone）：H1。在构成核小体时 H1起连接作用,
细胞核的结构组成
（1）核膜 （2）染色质 （3）核仁 （4）核骨架
核骨架：在细胞核内，
除了核被膜、核纤层、 染色质与核仁以外的网 架结构体系。
第一节 核被膜与核孔复合体
1、核被膜 Nuclear envelope 2、核孔复合体 nuclear pore complex,NPC
一、核被膜是双层膜结构
电镜下，核被膜由内外两层平行但不连续的单位膜构成
基因与染色体详解演示文稿
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三、减数分裂 1883.Van Beneden发现 特殊的分裂 分裂两次 染色体复制一次 分成四个细胞 染色体数目减半
现在是44页\一共有90页\编辑于星期五
细胞增殖周期
一、细胞周期(cell cycle)：
指细胞从一次分裂结 束开始生长到下一次分 裂终了所经历的过程。 所需时间，则称细胞周 期时间。
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假基因
在多基因家族中，某些成员不产生有功能的基因产 物，这类基因成为假基因。
假基因的核苷酸顺序与相应的活性基因极为相似，但不能表 达，不具有正常功能。
它们与有功能的基因有同源性，起初可能是有功能的 基因，以后由于发生突变，失去了活性，变成了无功 能的基因。
浅
螺旋化程度高，结构 紧密，直径2030nm
深
分布 常位于核中央
核膜边缘
功能 复制和转录活跃
转录不活跃
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三、性染色质
X染色质：1949年Barr发现
Lyon假说：女性的两条X染色体在胚胎发育中，一条 随机失活，在细胞学图像上显示出X染色质。X染色体 失活可在XAXa携带者中表现出部分症状。
和糖的转运加速。 后期：合成DNA复制所需酶系，如DNA聚合酶
等。组蛋白和非组蛋白，H1组蛋白的磷酸化。
现在是47页\一共有90页\编辑于星期五
发展的三种细胞： 1）继续增殖细胞
如：胚胎细胞，骨髓干细胞，生殖上皮细 胞等。
2）暂不增殖细胞 如：肝、肾、胰实质细胞。
3）永不增殖细胞 如：红细胞，神经细胞，肌细胞等
现在是45页\一共有90页\编辑于星期五
三、减数分裂 1883.Van Beneden发现 特殊的分裂 分裂两次 染色体复制一次 分成四个细胞 染色体数目减半
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细胞增殖周期
一、细胞周期(cell cycle)：
指细胞从一次分裂结 束开始生长到下一次分 裂终了所经历的过程。 所需时间，则称细胞周 期时间。
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假基因
在多基因家族中，某些成员不产生有功能的基因产 物，这类基因成为假基因。
假基因的核苷酸顺序与相应的活性基因极为相似，但不能表 达，不具有正常功能。
它们与有功能的基因有同源性，起初可能是有功能的 基因，以后由于发生突变，失去了活性，变成了无功 能的基因。
浅
螺旋化程度高，结构 紧密，直径2030nm
深
分布 常位于核中央
核膜边缘
功能 复制和转录活跃
转录不活跃
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三、性染色质
X染色质：1949年Barr发现
Lyon假说：女性的两条X染色体在胚胎发育中，一条 随机失活，在细胞学图像上显示出X染色质。X染色体 失活可在XAXa携带者中表现出部分症状。
和糖的转运加速。 后期：合成DNA复制所需酶系，如DNA聚合酶
等。组蛋白和非组蛋白，H1组蛋白的磷酸化。
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发展的三种细胞： 1）继续增殖细胞
如：胚胎细胞，骨髓干细胞，生殖上皮细 胞等。
2）暂不增殖细胞 如：肝、肾、胰实质细胞。
3）永不增殖细胞 如：红细胞，神经细胞，肌细胞等
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精品
第十章基因组和染色体
第一节 原核生物基因组的结构特点
E.coli 2.4×109 Da，42000 Kb（1300微米），闭合环 状，约编码2000个基因。
类核（nucleoid）。 支架 (scafford） 100个DNA环组成， 每个环长40Kb，13微米。 每200bp就有一个负超螺旋（=0.05）,即基因组中含 5%的负超螺旋。
Olins夫妇（1974）和Pierre Chambon等（1975） 在电镜下观察到染色质的“绳珠”状结构，小球 的直径为100埃,Olins并把这种小球称为小体。
第二节 真核基因组的复杂性
分子量约为3×1012道尔顿 长度为2×106Kb， 形态为线状， 约编码10万个以下的基因。 人类细胞在二倍体的核中DNA长约30亿个碱基对 估计编码3万个基因， 每条染色体含碱基8千万至3亿不等。 现已有5千个基因被编目，1900个基因已进行了
染色体定位，600个已被克隆分离出来。 若将一个细胞中每条染色体的DNA首尾彼此相接，
X174含有的5386Nt最多能编码1795个氨 基酸，若每个氨基酸的平均分子量为110， 则总的蛋白质分子量为197,000Da，但实际 蛋白质总分子量却为262,000D。
将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进 行比较，发现了重叠基因
重复基因 Overlapping Genes
三．质粒(plasmid)
接着Hewish和Burgoyun（1973年）用内源核酸酶 消化细胞核，再从核中分离出DNA，结果发现一 系列DNA片段，它们相当于长约200bp的一种基 本单位的多聚体。表明甚麽？
M.Noll（1974年）用外源核酸酶处理染色质，然 后进行电泳，测得前三个片段的长度分别为205， 405，605bp长，表明甚麽？
全长约200cm。
Renato Dulbecco 于 1986 年 首 先 提 出 了 “ 人类基因组计划”，原计划约10-15年 完成，耗资30亿美元，其宏伟的程度堪与 Manhatto原子弹计划和Appolo登月计划相 提并论。 1990年开始实施
1999 破译出人类第22号染色体的遗传密码。
2000 完成了人类第21号染色体的测序。
预计从原定的2003年6月提前到2001年6月 完成。
2000年6月26日美，英 ,日，德，法，中六 国共同宣布人类基因组工作草图绘制成功。
2000年
3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因组测 序。
12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥 基因组的完整图谱。这是人类首次全部破 译一种植物的基因序列。
1．抗性质粒（Resistance （R）plasmids）: 2. 致育因子（Fertility （F）plasmids） 3. Col质粒：有编码大肠杆菌素（colicins）基因。 4. 降解质粒(degradative plasmids)。这种质粒编
码一种特殊蛋白，可使宿主菌代谢特殊的分子， 如甲苯或水杨酸。 5. 侵入性质粒(virulence plasmids)。这些质。如Ti 质 粒 ， 此 是 在 根 癌 农 杆 菌 (Agrobacterium tumefaciens)中发现的
bglY
pilG
HLP1 17KD单体 ？
2万
？
firA
P
3KD亚基
？
？
鱼精蛋白 ？
(DNA 结 合
蛋白)
二 重叠基因(overlapping gene)
莲人在绿杨津
采
一
玉漱声歌新阙
采莲人在绿杨津，在绿杨津一阙新； 一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人。
1977年Sanger首先发现重叠基因
他对单链环状的噬菌体X174进行了测序。 5386Nt 11 基因， 3个转录单位，由3个启 动子（pA,pB,pD）启动。
一． 组蛋白
表12－2 小牛胸腺DNA的组蛋白的特点
组蛋白 类型
碱性氨基酸
Lys
Arg
氨基酸 分子量
数
（Da）
H1
29%
1%
215
23,000
H2A
11%
9%
129
13,960
H2B
16%
6%
125
13,775
H3
10%
13%
135
15,340
H4
11%
14%
102
11,280
二． 核小体（nucliesome）
超螺旋以两种状态存在： （1）自由状态的超螺旋，可在环内传递张力。 （2）超螺旋受到束缚，不能传递张力。
一．类核 的结构
表10-1 E.coli含有的各种DNA结合蛋白
蛋白 结构
功能
含 量 / 每 细 相当于其核 基因
胞
蛋白
HU
α 和 β 亚 基 ， 使DNA压缩、类核 4万个二聚 H2B
hup
1956年Wilkins和Vittorio Luzzati对染色质进行了X 衍射研究，发现染色质具有间隔为100埃的重复性 结构。这意味着甚麽？
Clark和Felsenfeld于1971年首先用葡萄球菌核酸酶 (Staphylococcal nuclease)来作用染色质，不敏感的 区域比较均一。这暗示甚麽？
2001 年 :1 、 2 月 ， HGP 和 美 国 塞 莱 拉 （Sequencing）公司将各自测定的人类基 因 组 工 作 框 架 图 分 别 发 表 在 Nature 和 Science 上 ， 这 表 明 人 类 基 因 组 计 划 （HGP）进入了一个展新的阶段。
2000,4,5:以杨焕明为首的中国科学家在 Science发表了水稻全基因组框架序列图。
每个9KD
凝聚，刺激复制， 体
A.B
和1HF有关
H
两 个 相 同 促使双链的互补、 3万个二聚 H2A
？
亚 基 ， 各 复性
体
28KD
IHF α：10.5KD； 有助于att位点配对 ？
？
him
β：9.5KD 重组
A.D.
H1(H 15KD亚基 和 DNA 结 合 ， 与 1万
？
osZ
-NS)
DNA拓扑结构有关
基因总数：46022~55615，约为人类的2倍；
其中10000个基因的功能已确定；
水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人类 的“ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ圾”序列多位于基因内；
水稻的基因平均长度为4500bp,人类基因平 均长度为72000bp,
拟南芥约有25000个基因，80%在水稻中都 存在，二者之间有关信号传导的基因差别 最大
第十章基因组和染色体
第一节 原核生物基因组的结构特点
E.coli 2.4×109 Da，42000 Kb（1300微米），闭合环 状，约编码2000个基因。
类核（nucleoid）。 支架 (scafford） 100个DNA环组成， 每个环长40Kb，13微米。 每200bp就有一个负超螺旋（=0.05）,即基因组中含 5%的负超螺旋。
Olins夫妇（1974）和Pierre Chambon等（1975） 在电镜下观察到染色质的“绳珠”状结构，小球 的直径为100埃,Olins并把这种小球称为小体。
第二节 真核基因组的复杂性
分子量约为3×1012道尔顿 长度为2×106Kb， 形态为线状， 约编码10万个以下的基因。 人类细胞在二倍体的核中DNA长约30亿个碱基对 估计编码3万个基因， 每条染色体含碱基8千万至3亿不等。 现已有5千个基因被编目，1900个基因已进行了
染色体定位，600个已被克隆分离出来。 若将一个细胞中每条染色体的DNA首尾彼此相接，
X174含有的5386Nt最多能编码1795个氨 基酸，若每个氨基酸的平均分子量为110， 则总的蛋白质分子量为197,000Da，但实际 蛋白质总分子量却为262,000D。
将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进 行比较，发现了重叠基因
重复基因 Overlapping Genes
三．质粒(plasmid)
接着Hewish和Burgoyun（1973年）用内源核酸酶 消化细胞核，再从核中分离出DNA，结果发现一 系列DNA片段，它们相当于长约200bp的一种基 本单位的多聚体。表明甚麽？
M.Noll（1974年）用外源核酸酶处理染色质，然 后进行电泳，测得前三个片段的长度分别为205， 405，605bp长，表明甚麽？
全长约200cm。
Renato Dulbecco 于 1986 年 首 先 提 出 了 “ 人类基因组计划”，原计划约10-15年 完成，耗资30亿美元，其宏伟的程度堪与 Manhatto原子弹计划和Appolo登月计划相 提并论。 1990年开始实施
1999 破译出人类第22号染色体的遗传密码。
2000 完成了人类第21号染色体的测序。
预计从原定的2003年6月提前到2001年6月 完成。
2000年6月26日美，英 ,日，德，法，中六 国共同宣布人类基因组工作草图绘制成功。
2000年
3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因组测 序。
12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥 基因组的完整图谱。这是人类首次全部破 译一种植物的基因序列。
1．抗性质粒（Resistance （R）plasmids）: 2. 致育因子（Fertility （F）plasmids） 3. Col质粒：有编码大肠杆菌素（colicins）基因。 4. 降解质粒(degradative plasmids)。这种质粒编
码一种特殊蛋白，可使宿主菌代谢特殊的分子， 如甲苯或水杨酸。 5. 侵入性质粒(virulence plasmids)。这些质。如Ti 质 粒 ， 此 是 在 根 癌 农 杆 菌 (Agrobacterium tumefaciens)中发现的
bglY
pilG
HLP1 17KD单体 ？
2万
？
firA
P
3KD亚基
？
？
鱼精蛋白 ？
(DNA 结 合
蛋白)
二 重叠基因(overlapping gene)
莲人在绿杨津
采
一
玉漱声歌新阙
采莲人在绿杨津，在绿杨津一阙新； 一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人。
1977年Sanger首先发现重叠基因
他对单链环状的噬菌体X174进行了测序。 5386Nt 11 基因， 3个转录单位，由3个启 动子（pA,pB,pD）启动。
一． 组蛋白
表12－2 小牛胸腺DNA的组蛋白的特点
组蛋白 类型
碱性氨基酸
Lys
Arg
氨基酸 分子量
数
（Da）
H1
29%
1%
215
23,000
H2A
11%
9%
129
13,960
H2B
16%
6%
125
13,775
H3
10%
13%
135
15,340
H4
11%
14%
102
11,280
二． 核小体（nucliesome）
超螺旋以两种状态存在： （1）自由状态的超螺旋，可在环内传递张力。 （2）超螺旋受到束缚，不能传递张力。
一．类核 的结构
表10-1 E.coli含有的各种DNA结合蛋白
蛋白 结构
功能
含 量 / 每 细 相当于其核 基因
胞
蛋白
HU
α 和 β 亚 基 ， 使DNA压缩、类核 4万个二聚 H2B
hup
1956年Wilkins和Vittorio Luzzati对染色质进行了X 衍射研究，发现染色质具有间隔为100埃的重复性 结构。这意味着甚麽？
Clark和Felsenfeld于1971年首先用葡萄球菌核酸酶 (Staphylococcal nuclease)来作用染色质，不敏感的 区域比较均一。这暗示甚麽？
2001 年 :1 、 2 月 ， HGP 和 美 国 塞 莱 拉 （Sequencing）公司将各自测定的人类基 因 组 工 作 框 架 图 分 别 发 表 在 Nature 和 Science 上 ， 这 表 明 人 类 基 因 组 计 划 （HGP）进入了一个展新的阶段。
2000,4,5:以杨焕明为首的中国科学家在 Science发表了水稻全基因组框架序列图。
每个9KD
凝聚，刺激复制， 体
A.B
和1HF有关
H
两 个 相 同 促使双链的互补、 3万个二聚 H2A
？
亚 基 ， 各 复性
体
28KD
IHF α：10.5KD； 有助于att位点配对 ？
？
him
β：9.5KD 重组
A.D.
H1(H 15KD亚基 和 DNA 结 合 ， 与 1万
？
osZ
-NS)
DNA拓扑结构有关
基因总数：46022~55615，约为人类的2倍；
其中10000个基因的功能已确定；
水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人类 的“ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ圾”序列多位于基因内；
水稻的基因平均长度为4500bp,人类基因平 均长度为72000bp,
拟南芥约有25000个基因，80%在水稻中都 存在，二者之间有关信号传导的基因差别 最大